[發明專利]柔性可拉伸活性電極及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810017853.4
• 申請日: 2018-01-09
• 公開（公告）號: CN108389730B
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 王庚超;王曦;金潔
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/04;H01G11/86
• 代理公司: 31218 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 翟羽;曾人泉

本發明的柔性可拉伸活性電極，由可拉伸基體的聚丙烯酸酯橡膠與高導電性的碳納米管構成復合膜負載電化學活性優異的導電聚合物構成，各組分的質量百分比為：聚丙烯酸酯橡膠25～60wt%；碳納米管10～45wt%；導電聚合物10～30wt%。所述柔性可拉伸活性電極的制備方法含有以下步驟：⑴制取碳納米管有機分散液；⑵制取柔性可拉伸聚丙烯酸酯橡膠與碳納米管復合膜；⑶制備柔性可拉伸活性電極。本發明提供了一種具有優異回彈性、良好吸收有機電解液能力和較高體積比電容的柔性可拉伸活性電極；且其制備步驟明確、易操作、能有效提供相應產品；本發明的柔性可拉伸活性電極能用于制作可拉伸柔性電子設備的超級電容器。

技術領域

本發明屬于新能源材料技術領域，具體涉及柔性可拉伸活性電極及其制備方法和應用。

背景技術

隨著智能穿戴、可形變顯示器等可拉伸柔性電子設備的出現，與其相應的儲能材料或器件越來越受到人們的廣泛關注。目前，開發新的、具有高拉伸性和優異電化學性能的電化學儲能元器件成為可拉伸柔性電子設備亟待解決的問題，其中，超級電容器由于功率密度高、充放電速度快和循環壽命長等優點而備受關注。

在可拉伸高性能超級電容器的研發過程中，可拉伸電極的設計與制作是關鍵所在。可拉伸電極材料的制備方法目前主要有以下幾種：（1）將無拉伸性但有柔性的材料通過構筑幾何結構賦予拉伸性，如波浪結構（J.Mater.Chem.A,2014,2,9142-9149）、螺旋結構（Adv.Energy Mater.,2016,6,1502119）、網狀結構（Nano Energy,2015,11,518-525）等。（2）將無拉伸的活性材料結合在彈性可拉伸的基底上賦予拉伸性，如使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）（Adv. Energy Mater.,2016,6,1600050）、聚氨酯（PU）（Adv.Energy Mater.,2016,7,1601814）、凝膠電解質（J.Mater.Chem.A,2016,4,14839-14848）等作為基底。但是，采用上述方法制備可拉伸電極材料及器件工藝復雜，成本高，拉伸形變性偏低（通常＜50%）。此外，基底材料較差的導電性以及活性物質的堆疊也大大限制了電極材料的電化學性能。因此，開發一種兼具好的高拉伸性和優異電化學性的本征型可拉伸電極材料對推動可拉伸柔性電子設備的發展是非常關鍵的。這里所述“本征”的含義是：物質本身的特征! “本征型可拉伸電極材料”是指“本身就具有可拉伸性特征的電極材料”。

本征可拉伸電極的制備方法目前有一些相關報道，從中可以看出，所述制備方法擁有較大的本征機械形變，且工藝流程簡便、制造成本低等諸多優點。例如：Yu M.等人通過將聚二甲基硅氧烷與多壁碳納米管混合并負載聚苯胺制備出一種可拉伸的復合電極并應用于水體系可拉伸超級電容器中（Adv.Mater.2014,26,4724-4729）。Zhang Z.等人通過構建碳納米管與乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的三維連續相結構以電聚合的方式負載聚苯胺制備可拉伸的電極，并以聚乙烯醇與硫酸為凝膠電解質組裝全固態對稱超級電容器（J.Mater.Chem.A 2015,3, 1884-1889）。然而，目前報道的本征可拉伸電極幾乎都是應用于水體系超級電容器中，其較低的電位窗口導致柔性可拉伸電容器的能量密度偏低。因此，為了克服上述缺陷，制備柔性本征型可拉伸電極是關鍵所在。

為提高柔性可拉伸超級電容器的能量密度，人們一般采用具有高贗電容的電極材料。而目前具有高贗電容的電極材料主要涉及金屬氧化物和導電聚合物。所述金屬氧化物因固有的剛性性質通常會導致其柔性較差，而選擇負載導電聚合物能夠在保證高贗電容的同時也能保持一定的拉伸性。有鑒于此，本可拉伸柔性電子設備研發與制造領域亟需開發一種可以在有機電解液體系中保持良好吸液能力和高比電容的可拉伸活性電極，從而能提高柔性可拉伸超級電容器的能量密度。

發明內容